JPS60251395A - 積層形熱交換器およびその製作方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、積層形無交換器およびその製作方法に係り、
特に極低温を発生させるＨｅ液化冷凍機などに使用され
る積層形無交換器に好適なＡＱ合金製伝熱板とアルミナ
製スペーサで積層部を形成する積層形無交換器およびそ
の製作方法に関するものである。

〔発明の背景〕

極低温を発生させるＨｅ液化冷凍機などに使用される積
層形無交換器は、一般に多数の孔を有する複数枚の伝熱
板と複数枚のスペーサとを交互に重積して結合した積層
部と、この積層部の上、下に一体に結合される上ヘッダ
、下ヘッダとから構成されている。

従来の積層形態交換の製作方法には２つある。

その１つは、伝熱板に金属、スペーサに有機樹脂を用い
、これらの積層部と上、下ヘッダとを接着剤によって一
体に結合して製作していた。

これによると、気密性、Ｈｅリーク性および接合強度な
どの信頼性が低く、特に極低温下における信頼性が非常
に低い欠点があった。また、接着剤が接着面以外にはみ
出すため、伝熱板に設けた多数の孔を閉塞するので、熱
交換器の性能を低下させる欠点があった。

他の１つは、スペーサに金属材料、特に低熱伝導性のＴ
ｉまたはステンレス鋼を用い、伝熱板との金属同士を拡
散接合により一体に結合して製作されているため、重量
の増大、熱交換器の性能低下および熱容量の大幅な増加
となる欠点があった。

〔発明の目的〕

本発明は、前述の従来技術の問題点を解決するためにな
されたもので、積層形態交換器の性能と信頼性を向上す
るととに、省エネルギーと軽量化を図った積層形態交換
器およびその製作方法の提供を、その目的としている。

〔発明の概要〕

本発明に係る積層形態交換器の構成は、多数の孔を有す
るＡＱまたはＡＱ合金製の複数枚の伝熱板とアルミナ製
の複数枚のスペーサとを交互に重積して結合した積層部
と、この積層部の上、下に設けたヘッダ部とから構成さ
れたものである。

また、本発明に係る積層形態交換器の製作方法は、多数
の孔を有するＡＱまたはＡＱ合金製の複数枚の伝熱板と
、アルミナ製の複数枚のスペーサとの間にへ〇−８ｔ合
合材を介在させ、前記伝熱板とスペーサとを交互に重積
して、ＡＱ−Ｓｉ合金の固相線以上の温度で拡散接合す
ることによって積層部を形成し、この積層部の上、下に
ヘッダ部を結合する方法である。

なお、本発明を開発した考え方を付記すると、次のとお
りである。

従来の積層形態交換器は、有機樹脂製スペーサを用いる
ものは、断熱性に優れているが気密性などの信頼性が低
く、低熱伝導金属材料製スペーサを用いるものは、気密
性、極低温接合強度など信頼性は高いが、有機樹脂に比
べ金属材料は熱伝導性が良いため熱交換器の性能が低下
するとともに、極低温まで降温する際の熱容量が非常に
増大する。

さらに、熱交換器としての重量も増大してしまう。

これら両者の持つ欠点を解決するため、低熱伝導性、低
比熱のアルミナをスペーサとし、ＡＱ製伝熱板との拡散
接合により積層形態交換器を製作することにしたのであ
る。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図および第２図を参照し
て説明する。

第１図は、本発明の一実施例に係る積層形態交換器およ
びその製作方法の説明図で、（ａ）はスペーサの正面図
、（ｂ）は伝熱板の正面図、（ｃ）は積層形態交換器の
略示側面図である。

また、第２図は、本発明の一実施例に係る積層形態交換
器の製作方法により結合された部材の切合界面組織図、
（ｂ）は成分分析図である。

第１図（ａ）に示す１は、アルミナ製のスペーサ、（ｂ
）に示す２は、多数の孔２ａを穿孔したＡＱまたはＡＱ
合金製の伝熱板である。

これらスペーサ１および伝熱板２は、所定形状の型を用
いて打抜き加工し図に示すような形状に形成されている
・ このようなアルミナ製の複数枚のスペーサ１とＡＱまた
はＡＱ合金製の複数枚の伝熱板２とを交互に重積し、拡
散接合して積層部３を形成し、積層部３の上部に上ヘッ
ダ４、下部に下へラダ５を結合することによって、（Ｃ
）に示す積層形態交換器６が製作される。

この際、図には示していないが、前記スペーサ１と伝熱
板２とを重積する際、スペーサ１と伝熱板２との間にＡ
Ｑ−Ｓｉ合余材をインサート材として介在させることが
望ましい。

この介在させるＡＱ−Ｓｉ合金材は、ＡＱ−Ｓｉ合金板
を用いる例、ＡＱ合金を各板とし、Ａ　Ｄ、　−Ｓｉ介
全を藺裏虐廿ンする：層稽層塀またはプレージングシー
トを用いる例などがある。また、前記アルミナ製のスペ
ーサ１の各面に、Ａ２−５ｔ合金粉を塗布または溶射す
る方法もある。

このように、アルミナ製の複数枚のスペーサ１と、Ａ２
またはＳｔ合金製の複数枚の伝熱板２との間にＡＱ−８
ｔ合余材を介在させ、前記伝熱板２とスペーサ１とを交
互に重積して、真空度１０　””　ｔｏｒｒ、接合温度
６１０℃、接合時間１ｈｒ、接合圧力０．２ｋｇｆ／ｍ
ｍ”の条件で拡散接合を実施する。

この場合、５８０℃以上の温度では、ＡＱ−Ｓｉ合金は
溶融状態となるもので、前記の接合温度６１０℃はＡＱ
−８１合金の固相線以上の温度であり、溶融したＡ　Ｑ
　Ｆ　Ｓ　ｉはアルミナとＡＱの結合を助長する。

このようにして拡散接合した接合部のＨｅリーク試験で
は１０−　”　ｔｏｒｒｉｌ／　ｓｅｅ以下の気密性を
有していた。

第２図（ａ）にアルミナとＡｆｉの接合部断面組織写真
を示し、（ｂ）に走査電子顕微鏡観察結果を示す。

第２図（ａ）の上部は伝熱板２のＡＱ、下部はスペーサ
１のアルミナ部分でよく接合されていることがわかる。

第２図（ｂ）は、左側にスペーサ１のアルミナ部分、右
側に伝熱板２のＡＱ部分が観察され、あわせて各元素、
特にインサート材として介在させた八Ω、Ｓｉのライン
分析結果を示してりる。矢印で示したＡＱ、Ｓｉ、の線
は、それぞれの含有量を示すもので、含有量が多い部分
は、線は高い位置にある。　□ 本実施例によれば、ＡＱ−８ｔ合金の溶融によりＡＱ表
面の酸化皮膜を除去し、八〇とアルミナとの接合性を向
上させている。

また、アルミナ製のスペーサ１とＡＱまたはＡＱ合金製
の伝熱板２とを交互に重積してなる積層部３を拡散接合
により一体に結合したので、性能、信頼性の向上および
重量低減の効果がある。

さらに、本積層形熱交換器を使用するＨｅ液化冷凍機な
どで極低温まで降温する際、熱容量の低減および降温の
高速化を図ることができる。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば、積層湿熱交換器の
性能と信頼性を向上するとともに、省エネルギーと軽量
化をなしうる積層湿熱交換器およびその製作方法を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は、本発明の一実施例に係る積層湿熱交換器およ
びその製作方法の説明図で、（、）はスペーサの正面図
、（ｂ）は伝熱板の正面図、（ｃ）は積層湿熱交換器の
略示側面図、第２図は、本発明の一実施例に係る積層湿
熱交換器の製作方法により結合された部材の切断面を示
すもので、（ａ）はアルミナ−アルミ接合界面組織図、
（ｂ）は成分分析図である。 １・・・スペーサ、２・・・伝熱板、２ａ・・・孔、３
・・・積層部、４・・・上ヘッダ、５・・・下ヘッダ、
６・・・積層湿熱交換器。 代理人　弁理士　高橋明夫 ｙｌ　１　（２） （Ｃン

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、多数の孔を有するＡＱまたはＡＱ合金製の複数枚の
   伝熱板とアルミナ製の複数枚のスペーサとを交互に重積
   して結合した積層部と、この積層部の上、下に設けたヘ
   ッダ部とから構成されたことを特徴とする積層形無交換
   器。 ２、多数の孔を有するＡＱまたはＡＱ合金製の複数枚の
   伝熱板と、アルミナ製の複数枚のスペーサとの間にＡＱ
   −８ｉ合余材を介在させ、前記伝熱板とスペーサとを交
   互に重積して、ＡＱ−８ｉ合金の固相線以上の温度で拡
   散接合することによって積層部を形成し、この積層部の
   上、下にヘッダ部を結合することを特徴とする積層形無
   交換器の製作方法。 ３、特許請求の範囲第２項記載の方法において、伝熱板
   とスペーサとの間に、Ａｆｉ合金を心根、Ａ　Ｏ，−Ｒ
   ＋　４−仝し藺裏虜オオンすス：層諧層拗すたはプレー
   ジングシートを挿入するようにした積層形無交換器の製
   作方法。 ４、特許請求の範囲第２項記載の方法において、アルミ
   ナ製のスペーサの各面に、へΩ−８ｉ合金粉を塗布また
   は溶射するようにした積層形無交換器の製作方法。